(57)【要約】【課題】  ３６０度の範囲の回転角度を測定し測定誤差の少ない回転角検出装置を提供する。３６０度の範囲の回転角度を測定し小型な回転角検出装置を提供する。【解決手段】  永久磁石２は回転軸３に取り付けられ主磁界ＭＦを発生する。コイル５は磁気抵抗素子１１から１４、２１から２４の感度方向に沿って巻かれた八角形の渦巻状であり補助磁界ＳＦを発生する。主磁界ＭＦは回転軸３の回転にともなって補助磁界ＳＦに対して回転する。第一磁気抵抗センサ１０と第二磁気抵抗センサ２０とは、互いに４５度の位相差の電気信号を出力するように配置されている。コイル５の直線部６１から６８はそれぞれ磁気抵抗素子１１から１４、２１から２４上に位置する。制御部３０はコイル駆動部３８を制御して所定のタイミングで補助磁界ＳＦを発生させ、センサ駆動部４０を制御して第一磁気抵抗センサ１０の感度方向Ｄ１および第二磁気抵抗センサ２０の感度方向Ｄ２を制御する。【選択図】    図１
2005300216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
複数の磁気抵抗素子により構成されるブリッジ回路を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を当該ブリッジ回路から出力する第一磁気抵抗センサと、
複数の磁気抵抗素子により構成されるブリッジ回路を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を当該ブリッジ回路から出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記補助磁界発生手段は、複数の直線部を有する多角形の環状または渦巻状に巻かれているコイルであり、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と前記直線部とが所定の角度をなすように巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記コイルは、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と前記直線部とがほぼ平行になるように巻かれていることを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能なコイルと、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路からそれぞれ前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路がそれぞれ前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路に対して所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサの磁気抵抗素子および前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、それぞれ同心円状に配置され、
前記第一ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第二ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが点対称状に配置され、
前記第三ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第四ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが点対称状に配置され、
前記コイルは、環状または渦巻状に巻かれ、前記第一ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状と前記第二ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、前記第三ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状と前記第四ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、または前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項５】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能なコイルと、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路からそれぞれ前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路と前記第四ブリッジ回路とがそれぞれ前記第一ブリッジ回路と前記第二ブリッジ回路とに対して所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置される第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記コイルは、同心の環状または渦巻状に巻かれ、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、
前記第一ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第二ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが非点対称状に配置され、
前記第三ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第四ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが非点対称状に配置され、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、または前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、前記第四ブリッジ回路のいずれかの回路を選択し、選択した回路が出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号を読み取り、最大または最小レベルの電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、前記第四ブリッジ回路のいずれかの回路を第一選択回路として選択し、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号を読み取り、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路から最大または最小レベルの電気信号を出力している回路を第二選択回路として選択し、前記第一選択回路と前記第二選択回路とが一致しているときは前記選択した回路が出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別し、前記第一選択回路と前記第二選択回路とが一致していないときは、異常状態として認識することを特徴とする請求項４または５に記載の回転角検出装置。
【請求項９】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路からそれぞれ前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路に対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサの磁気抵抗素子および前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、同心円状に配置され、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路が出力する電気信号と前記第二ブリッジ回路が出力する電気信号との信号レベルの和、または前記合成磁界を形成しているときに前記第三ブリッジ回路が出力する電気信号と前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号の信号レベルとの和に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項１０】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置される第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサは、感度方向を第一角度または第二角度に変更可能であり、
前記第二磁気抵抗センサは、感度方向を第三角度または第四角度に変更可能であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに感度方向を前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、または前記第四角度に変更した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項１１】
前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサは、それぞれ少なくとも電源電圧を印加可能な２組の端子を有するフルブリッジ回路であり、
前記制御手段は、前記第一磁気抵抗センサの２組の前記端子のいずれか一方の組に電源電圧を印加することにより前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度に変更し、他方の組に電源電圧を印加することにより前記第二角度に変更し、前記第二磁気抵抗センサの２組の前記端子のいずれか一方の組に電源電圧を印加することにより前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度に変更し、他方の組に電源電圧を印加することにより前記第四角度に変更することを特徴とする請求項１０に記載の回転角検出装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記検出対象の回転角度の候補に基づいて、前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、前記第四角度のいずれかの角度を選択し、選択した角度に感度方向を制御した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項１０または１１に記載の回転角検出装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度と前記第二角度とに制御し、前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度と前記第四角度とに制御し、それぞれの状態で前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、読み取った電気信号のうち最大または最小レベルの電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項１０または１１に記載の回転角検出装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、前記第四角度のいずれかの角度を第一選択角度として選択し、前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度と前記第二角度とに制御し、前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度と前記第四角度とに制御し、それぞれの状態で前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、および前記第四角度から最大または最小レベルの電気信号を出力する角度を第二選択角度として選択し、前記第一選択角度と前記第二選択角度とが一致しているときは前記選択した角度に制御した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別し、前記第一選択角度と前記第二選択角度とが一致していないときは、異常状態として認識することを特徴とする請求項１０または１１に記載の回転角検出装置。
【請求項１５】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記制御手段は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記回転角度の候補を選定する処理の間に前記補助磁界を発生させ、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、前記回転角度の候補を選定する処理の間または後に前記読み取った電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、前記回転角度の候補を選定する処理の後に判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記回転角度の候補を選定する処理の間に、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を複数回読み取り、前記回転角度の候補を選定する処理の間または後に前記読み取った電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別する処理を複数回実行することを特徴とする請求項１５に記載の回転角検出装置。
【請求項１７】
測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界との合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記補助磁界発生手段は、第一方向の前記補助磁界と、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子において、前記第一方向の前記補助磁界および前記主磁界により形成される前記合成磁界の方向の前記主磁界の方向に対する位相差に対して逆方向の位相差の前記合成磁界を形成する第二方向の前記補助磁界と、を発生可能であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記第一方向の前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号と、前記第二方向の前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号と、の信号レベルの差に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項１８】
前記補助磁界発生手段は、環状または渦巻状に巻かれているコイルであり、
前記制御手段は、前記コイルに供給する電流の方向を制御することを特徴とする請求項１７に記載の回転角検出装置。
【請求項１９】
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であることを特徴とする請求項１０から１８に記載の回転角検出装置。
【請求項２０】
前記第一磁気抵抗センサと前記第二磁気抵抗センサとは、互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力するように配置されていることを特徴とする請求項１から３、１０から１９のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２１】
前記第一磁気抵抗センサと前記第二磁気抵抗センサとは、前記第一ブリッジ回路と前記第三ブリッジ回路とが互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力し、前記第二ブリッジ回路と前記第四ブリッジ回路とが互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力するように配置されていることを特徴とする請求項４から９のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２２】
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行であることを特徴とする請求項４から２１のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２３】
前記コイルは、平面状であることを特徴とする請求項２から８、１８のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２４】
前記コイルは、複数層に形成されることを特徴とする請求項２から８、１８、２３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２５】
前記制御手段は、前記補助磁界を排除しているときと前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときとで前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号の信号レベルの差が所定値以下の状態を認識することを特徴とする請求項１から２４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２６】
前記制御手段は、前回特定した回転角度と今回特定した回転角度との差が所定値以上の状態を認識することを特徴とする請求項１から２５のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項２７】
請求項２から８、１８、２３、２４のいずれか一項に記載の回転角検出装置の製造方法であって、
第一層に平滑面を形成する平滑面形成工程と、
前記第一層の平滑面に前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を形成する磁気抵抗素子形成工程とを含むことを特徴とする回転角検出装置の製造方法。
【請求項２８】
前記磁気抵抗素子形成工程後に、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を埋没させるように前記第一層の平滑面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層に前記コイルを形成するコイル形成工程とをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の回転角検出装置の製造方法。
【請求項２９】
前記コイルは、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の直上を通過するように形成されることを特徴とする請求項２８に記載の回転角検出装置の製造方法。
【請求項３０】
前記平滑面形成工程前に、第二層に前記コイルを形成するコイル形成工程と、
絶縁材料で前記コイルを埋没させるように前記第二層に前記第一層を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の回転角検出装置の製造方法。
【請求項３１】
前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は前記コイルの直上に形成されることを特徴とする請求項３０に記載の回転角検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転角検出装置および回転角検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象の回転軸に配置される磁石と、磁石の磁界（主磁界）に応じた電気信号を出力する２つの磁気抵抗センサと、２つの磁気抵抗センサの出力から測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備える回転角検出装置が知られている。しかし、磁気抵抗センサを用いた回転角検出装置は主磁界の向きを判別することができないため、その測定範囲は最大で１８０度までに限られていた。
【０００３】
特許文献１には、磁気抵抗センサとしての磁気抵抗素子を有するブリッジ回路と補助磁界を発生する螺旋形のコイルとを備え、補助磁界を排除している状態でブリッジ回路から出力される電気信号と補助磁界を発生させている状態でブリッジ回路から出力される電気信号とに基づいて主磁界の向きを判別することにより、１８０度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
特許文献２には、主磁界の向きを判別する測定素子を設けて、１８０度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１０７２４号公報
【特許文献２】特開平１１−９４５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１には、螺旋形のコイルにより発生する補助磁界の方向と磁気抵抗素子の感度方向との具体的な関係が開示されていない。螺旋形のコイルを磁気抵抗素子の上に単に配置しただけでは、磁気抵抗素子の部位によって補助磁界の方向が異なってしまい、補助磁界を排除している状態と補助磁界を発生させている状態とで磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化しない。したがって、特許文献１に記載の回転角検出装置では、ブリッジ回路の出力は補助磁界を排除している状態と補助磁界を発生させている状態とで大きく変化しないため、測定誤差が大きいという問題がある。また、後述するように実際には回転角度によって主磁界と補助磁界の相互関係が大きく変化する。従って、磁気抵抗素子によって得られた信号に対して、適正な信号処理をしなければ特定が困難な角度領域が発生してしまうが、特許文献１にはその信号処理の方法についても開示されていない。
また、特許文献２に記載の回転角検出装置では、主磁界の向きを判別する測定素子が必要なため、回転角検出装置が大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の第一の目的は、３６０度の範囲の回転角度を測定し、測定誤差の少ない回転角検出装置を提供することであり、本発明の第二の目的は、３６０度の範囲の回転角度を測定し、小型な回転角検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１から２６に記載の発明によれば、補助磁界を排除した主磁界だけの状態で動作する第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する位相差を有する電気信号から、１８０度の回転角度範囲内において測定対象の回転角度の候補を選定できる。
この選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定するためには、測定対象の方向、つまり主磁界の向きが分かればよい。
【０００８】
請求項１から９、１９に記載の発明によれば、補助磁界の方向は第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサに対して放射状である。つまり第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子における補助磁界の方向はそれぞれ異なる。また、主磁界の方向は単一である。そのため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子における補助磁界と主磁界により形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差は、主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をする。したがって、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサは、主磁界の方向に応じて変化する電気信号を出力する。制御手段がこれらの電気信号を評価することにより、主磁界の向きを判別することができる。したがって、３６０度の範囲において選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定することができる。
【０００９】
請求項１から３に記載の発明によれば、補助磁界の方向は、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行なので、補助磁界の方向は磁気抵抗素子のすべての部位でほぼ同じである。そのため、補助磁界を排除した状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。つまり第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号は、補助磁界を排除した主磁界だけの状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで大きく変化する。したがって、主磁界の向きを正確に判別できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、補助磁界発生手段は多角形の環状または渦巻状に巻かれているコイルであることを特徴とする。補助磁界発生手段を簡単な回路で実現できるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項３に記載の発明によれば、コイルは第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と直線部とがほぼ平行になるように巻かれるので、補助磁界の方向と第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向とが直交する。そのため、補助磁界を排除した状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。したがって、主磁界の向きを正確に判別できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子はそれぞれ同心円状に配置されるので、磁気抵抗素子をコンパクトに配置できる。そのため、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを小型化できる。しかしながら、第一ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子と第二ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子とは点対称状に配置されるため、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路とに同様の補助磁界を作用させると、回路と第二ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。また、第三ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子と第四ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子とは点対称状に配置されるため、第三ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。そのため主磁界の向きを判別する処理において、第一ブリッジ回路または第二ブリッジ回路のいずれか一方の回路が出力する電気信号と、第三ブリッジ回路または第四ブリッジ回路のいずれか一方の回路が出力する電気信号とを効果的に利用することができない。
第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できれば、主磁界の向きを正確に判別できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、補助磁界を発生するコイルは、第一ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状と第二ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、第三ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状と第四ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状とが異なる。そのため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をし、第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をする。つまり、主磁界の向きを判別する処理において、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号を利用できるため、主磁界の向きを正確に判別できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、コイルの形状が同心の環状または渦巻状のため、コイルをコンパクトに形成することができる。しかしながら、このような形状のコイルが発生する放射状の補助磁界を点対称状に配置された磁気抵抗素子からなる磁気抵抗センサに対して作用させると、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力し、第三ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。
請求項５に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、それぞれ非点対称に配置されているため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をし、第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をする。つまり、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できるため、主磁界の向きを正確に判別できる。
【００１４】
請求項６のようにすることにより、測定対象の回転角度の候補を選定する処理で選定した回転角度の候補に基づいて、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、第四ブリッジ回路のいずれかの回路を選択することができるため、選択した回路が出力する電気信号だけを読み取れば、主磁界の向きを判別できる。したがって、測定対象の回転角度を高速に特定することができる。
請求項７に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間は、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項８のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択回路と第二選択回路とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
【００１５】
請求項９のようにすることにより、補助磁界によって生じた信号の変化量だけを直接取出すことができる。そのため、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が補助磁界を排除した主磁界だけの状態下で出力する電気信号を用いなくても、主磁界の向きを判別できる。つまり、主磁界の向きを判別する処理を簡素化できる。
【００１６】
請求項１０から１９に記載の発明によれば、補助磁界を発生させた状態で第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサから出力される電気信号に基づいて主磁界の向きを判別するため、３６０度の範囲で測定対象の回転角度を特定できる。
【００１７】
請求項１０から１４に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサの感度方向を第一角度または第二角度に変更した状態、ならびに第二磁気抵抗センサの感度方向を第三角度または第四角度に変更した状態で出力される電気信号に基づいて主磁界の向きを判別するため、第一磁気抵抗センサの感度方向を第一角度または第二角度のいずれか一方に固定した状態で出力される電気信号と、第二磁気抵抗センサの感度方向を第三角度または第四角度のいずれか一方に固定した状態で出力される電気信号とに基づいて主磁界の向きを判別するときと比較して、広い角度範囲において主磁界の向きを判別できる。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
請求項１１に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの感度方向を、電源電圧を印加する端子を変更するだけで制御できる。したがって、制御手段を小型化できる。
【００１８】
請求項１２に記載の発明によれば、感度方向をすべての角度に変更してそれぞれの状態で電気信号を実際に読み取ることなく、選択された角度に変更した第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号だけを読み取れば、高速に主磁界の向きを判別できる。
請求項１３に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができ、高速に処理できる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間も利用して、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項１４のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択角度と第二選択角度とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
【００１９】
請求項１５および１６に記載の発明は、高速に回転角度を特定する回転角検出装置を提供することを目的とする。請求項１５および１６に記載の発明によれば、測定対象の回転角度の候補を選択する処理の間に補助磁界を発生させ、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成しているときの第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る。そのため、補助磁界の発生開始から補助磁界が安定するまでの期間は、回転角度の候補を選定する処理を実行できる。また、回転角度の候補が選択された後に補助磁界を発生させて第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る必要がない。したがって、回転角度の測定時間を短縮できる。
請求項１６に記載の発明によれば、対象物の回転角度の候補を選択する処理の間に、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成しているときの第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る処理を複数回実行し、読み取った複数の電気信号に基づいて主磁界の向きを複数回判別する。そのため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
【００２０】
請求項１７および１８に記載の発明によれば、第一方向の補助磁界を発生させた状態と第二方向の補助磁界を発生させた状態とに第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベルの差に基づいて主磁界の向きを判別する。このレベル差は、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態と補助磁界を排除した主磁界だけの状態とに第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベル差と比較して、大きい。そのため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項１８に記載の発明によれば、コイルに供給する電流の方向を制御することにより、発生する補助磁界の方向を制御できる。コイルに供給する電流の方向の制御する機能は簡単な回路で実現できるため、回転角検出装置を小型化できる。
【００２１】
請求項２０に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサと第二磁気抵抗センサとは、出力する電気信号が互いに４５度の位相差を有するように配置されているので、補助磁界を排除した主磁界だけの状態における第一磁気抵抗センサと第二磁気抵抗センサの出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になる。したがって、制御手段は逆正接演算により簡単に回転角度の候補を選定することができる。
【００２２】
請求項２１に記載の発明によれば、第一ブリッジ回路と第三ブリッジ回路とは、出力する電気信号が互いに４５度の位相差を有するように配置され、第二ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは、出力する電気信号が互いに４５度の位相差を有するように配置されている。そのため、補助磁界を排除した主磁界だけの状態における第一ブリッジ回路と第三ブリッジ回路の出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になり、第二ブリッジ回路と第四ブリッジ回路の出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になる。したがって、制御手段は逆正接演算により簡単に回転角度の候補を選定することができる。
【００２３】
請求項２２に記載の発明によれば、補助磁界の方向は、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行である。そのため、補助磁界を排除した主磁界だけの状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。したがって、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号は、主磁界の方向に応じて大きく変化する。そのため、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項２３のようにすることにより、コイルを薄く形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項２４に記載の発明によれば、コイルは複数層に形成されることを特徴とする。単層に形成するよりも同一の実装面積でも、コイルの巻線数を増やすことができる。つまり、強い補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別できるため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
【００２４】
請求項２５および２６に記載の発明は、異常状態を認識する回転角検出装置を提供することを目的とする。
請求項２５のようにすることにより、「主磁界の向きが判別不可能な状態」を認識することができるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、制御手段は３６０度の回転角度範囲における測定が不能であることを表す警告信号を出力したり、警告信号を出力したうえで１８０度までの回転角度範囲の測定結果を出力したりすることができる。
請求項２６のようにすることにより、測定した測定対象の回転角度の急激な変化を認識できるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、測定した回転角度が誤っている可能性が高いことを表す警告信号を出力したり、測定可能な分解能を超えていることを表す警告信号を出力したりすることができる。
【００２５】
請求項２７から３１に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は平滑面に形成されるので、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの感度方向は同一平面上に揃う。そのため、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサは、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界または主磁界に応じて適正な電気信号を出力する。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
【００２６】
請求項２８に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を埋没させる絶縁層にコイルを形成する。第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子とコイルとを半導体の積層技術により形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項２９のようにすることにより、磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
【００２７】
請求項３０に記載の発明によれば、第二層に形成されたコイルを被覆する第一層に第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を形成する。第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子とコイルとを半導体の積層技術により形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項３１のようにすることにより、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（回転角検出装置の第一実施形態）
図１は本発明の回転角検出装置の第一実施形態による回転角検出装置１を示す模式図である。
主磁界発生手段としての永久磁石２は、ステアリングホイール等の測定対象の回転軸４に取り付けられ、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の近傍に主磁界ＭＦを発生させる。そのため、主磁界ＭＦの方向は測定対象の回転角度に応じて変化する。
【００２９】
補助磁界発生手段としてのコイル６は渦巻状である。コイル６に電流が供給されると、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の近傍に放射状の補助磁界ＳＦが発生し、主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦとの合成磁界ＣＦを形成する（図５参照）。
第一磁気抵抗センサ１０は、磁気抵抗素子１１から１４からなるフルブリッジ回路であり、第二磁気抵抗センサ２０は、磁気抵抗素子２１から２４からなるフルブリッジ回路である。第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０は、それぞれ主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦとの合成磁界ＣＦまたは主磁界ＭＦに応じた電気信号を出力する（図６参照）。以下、主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦとの合成磁界ＣＦまたは主磁界ＭＦを外部磁界という。磁気抵抗素子は所定方向の外部磁界に対して抵抗値が最大になる。この方向を磁気抵抗素子の感度方向という。また磁気抵抗センサは所定方向の外部磁界に対して最大レベルの電気信号を出力する。この方向を磁気抵抗センサの正の感度方向という。
【００３０】
制御手段としての制御部３０は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号に基づいて測定対象の回転角度を特定する。制御部３０は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６等を有する。ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３４に記憶されているプログラムに基づき所定の演算、各部の制御等の処理を実行する。
【００３１】
制御手段としてのコイル駆動部３８は、制御部３０の制御によりコイル６への電流を供給したり、電流の供給を停止したりする。これにより補助磁界ＳＦを排除した状態と補助磁界を発生させた状態とに回転角検出装置１を制御することができる。
制御手段としてのセンサ駆動部４０は、制御部３０に制御され、所定のタイミングで第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０に対して電源を供給する。センサ駆動部４０は、制御部３０の制御により第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の電源電圧を印加する端子を切替える。これにより、第一磁気抵抗センサ１０の正の感度方向Ｄ１および第二磁気抵抗センサ２０の正の感度方向Ｄ２を制御できる。詳細については後述する。
【００３２】
図２は第一磁気抵抗センサ１０と第二磁気抵抗センサ２０との配置を表す模式図である。
第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４は、測定対象の回転軸４の軸線５を中心とする円上に、それぞれ９０度だけ回転した位置に配置される。また、磁気抵抗素子１１から１４は、各磁気抵抗素子の配置位置における径方向とその磁気抵抗素子の感度方向（Ｄ１１からＤ１４、Ｄ２１からＤ２４）とがなす角度が９０度になるように配置される。
【００３３】
第二磁気抵抗センサ２０の磁気抵抗素子２１から２４は、第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４と同様に配置される。
さらに第一磁気抵抗センサ１０と第二磁気抵抗センサ２０とは、互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力するように配置される。したがって、第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４と第二磁気抵抗センサ２０の磁気抵抗素子２１から２４とは、測定対象の回転軸４の軸線５を中心とする同心円上に交互に４５度だけ回転した位置に配置される。
【００３４】
図３（Ａ）は、補助磁界ＳＦを排除した状態における第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を表すグラフである。グラフ１２０は、第一磁気抵抗センサ１０の端子１７から出力される電気信号１１０と、端子１８から出力される電気信号１１１とのレベル差１０８を表し、グラフ１２１は第二磁気抵抗センサ２０の端子２７から出力される電気信号２１０と、端子２８から出力される電気信号２１１とのレベル差１０９を表す。
【００３５】
レベル差１０８は、主磁界ＭＦの方向に対して倍角の正弦波形である。第二磁気抵抗センサ２０は第一磁気抵抗センサに対して４５度の位相差を有するため、レベル差１０９は測定対象の回転角度に対して倍角の余弦波形となる。
ここで、電気信号１１０（Ｖ１７）は次式（１）で表され、電気信号１１１（Ｖ１８）は次式（２）で表される。Ｖｄｄは第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の電源電圧である。αは磁気抵抗素子の抵抗変化率である。θは主磁界ＭＦの方向である（図２参照）。また磁気抵抗素子１１から１４はすべて同一特性の磁気抵抗素子とする。
【００３６】
Ｖ１７＝Ｖｄｄ・｛１＋（１＋ｓｉｎ２θ）・α／２｝／（２＋α）・・・（１）
Ｖ１８＝Ｖｄｄ・｛１＋（１−ｓｉｎ２θ）・α／２｝／（２＋α）・・・（２）
レベル差１０８は次式（３）で表され、４５度の位相差を有する第二磁気抵抗センサ２０のレベル差１０９（Ｖ２７―Ｖ２８）は次式（４）で表される。
【００３７】
Ｖ１７―Ｖ１８＝Ｖｄｄ・αｓｉｎ２θ／（２＋α）              ・・・（３）
Ｖ２７―Ｖ２８＝Ｖｄｄ・αｃｏｓ２θ／（２＋α）              ・・・（４）
そのため、制御部３０が電気信号１１０および２１０に基づいて逆正接演算を行うことにより、回転角度の候補としての２つの回転角度（例えば９０度と２７０度）を容易に選定することができる（図３（Ｂ）グラフ１２２参照）。
【００３８】
しかしレベル差１０８およびレベル差１０９は、測定対象の回転角度に対して倍角の特性を有するため、主磁界ＭＦの向きを判別できず、３６０度の回転角度を検出できない。
図４はコイル６の形状と第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０との関係を表す模式図である。
【００３９】
コイル６は、測定対象の回転軸４の軸線５を中心に渦巻状に巻かれている（図４（Ａ）参照）。コイル６は、直線部６１から６４がそれぞれ第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４の感度方向（Ｄ１１からＤ１４）と平行になるように巻かれ、直線部６５から６８がそれぞれ第二磁気抵抗センサ２０の磁気抵抗素子２１から２４の感度方向（Ｄ２１からＤ２４）と平行になるように巻かれる（図４（Ｃ）参照）。したがって、コイル６は八角形の渦巻状である。そのため、矢印７０の向きに電流を供給したときのコイル６が発生する補助磁界ＳＦは、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０に対して放射状であり、各磁気抵抗素子の配置位置において平行である。
【００４０】
図５は、補助磁界ＳＦを発生させた状態における主磁界ＭＦと合成磁界ＣＦとの関係を表す模式図である。角度φ１は、磁気抵抗素子１１における主磁界ＭＦの方向と磁気抵抗素子１１の感度方向Ｄ１１とがなす角度であり、位相差Δφ１は、磁気抵抗素子１１における合成磁界ＣＦの方向の主磁界ＭＦの方向に対する位相差である。同様に角度φ２からφ４は、それぞれ磁気抵抗素子１２から１４における主磁界ＭＦの方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度であり、位相差Δφ２からΔφ４は、それぞれ磁気抵抗素子１２から１４における合成磁界ＣＦの方向の主磁界ＭＦの方向に対する位相差である。
【００４１】
補助磁界ＳＦの方向は第一磁気抵抗センサ１０に対して放射状のため、第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４における補助磁界ＳＦの方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度は、すべて同じ（９０度）である。また主磁界ＭＦの方向は単一方向のため、角度φ１、φ２、φ３、およびφ４は９０度ずつの位相差を有する。そのため位相差Δφ１、Δφ２、Δφ３、およびΔφ４は、それぞれ主磁界ＭＦの方向に応じて異なる変化をする（図６（Ａ）参照）。例えば主磁界ＭＦの方向が９０度のとき、位相差Δφ１およびΔφ２はともに位相が遅れる方向である（図５（Ａ）参照）。主磁界ＭＦの向きが逆向きの２７０度のとき、位相差Δφ１およびΔφ２はともに位相が進む方向である（図５（Ｂ）参照）。つまり補助磁界ＳＦを発生させた状態で第一磁気抵抗センサ１０が端子１７から出力する電気信号１１２は、主磁界ＭＦの方向が９０度のとき、補助磁界ＳＦを排除した状態で出力される電気信号１１０に対して位相が遅れ、主磁界ＭＦの向きが逆向きの２７０度のとき位相が進む。
【００４２】
図６（Ｂ）は、補助磁界ＳＦを排除した状態で第一磁気抵抗センサ１０が端子１７から出力する電気信号１１０を示すグラフ１２３と、補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子１７から出力される電気信号１１２を示すグラフ１２４とを重ねたグラフである。
図７（Ａ）は、電気信号１１０の電気信号１１２とのレベル差１００を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３０２と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３０３を重ねたグラフである。
主磁界ＭＦの方向が０度（または１８０度）、４５度（または２１５度）、および１３５度（または３１５度）のときを除き、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１００と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１００とは異なる。そのため、回転角度の候補が０度（１８０度）、４５度（２１５度）、および１３５度（３１５度）のときを除き、第一磁気抵抗センサ１０が端子１７から出力する電気信号に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別できる。具体的には例えば、回転角度の候補が９０度（２７０度）のとき、レベル差１００が正の値であれば測定対象の回転角度は９０度であり、負の値であれば２７０度である。特に回転角度の候補が９０度（２７０度）付近（領域Ａ１参照）のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１００と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１００とが大きく異なるため、主磁界ＭＦの向きを正確に判別できる。
【００４３】
図７（Ｂ）は、補助磁界ＳＦを排除した状態で第二磁気抵抗センサ２０が端子２７から出力する電気信号２１０の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子２７から出力する電気信号２１２とのレベル差１０１を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３０４と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３０５を重ねたグラフである。
第二磁気抵抗センサ２０は、第一磁気抵抗センサ１０が出力する電気信号に対して４５度の位相差を有するため、グラフ３０４はグラフ３０２に対して、グラフ３０５はグラフ３０３に対して、それぞれ４５度の位相差がある。したがって回転角度の候補が４５度（２１５度）付近（領域Ａ２参照）のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１０１と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１０１とが大きく異なるため、主磁界ＭＦの向きを正確に判別できる。しかし、回転角度の候補が０度（１８０度）、９０度（２７０度）、１３５度（３１５度）のときは、グラフ３０４とグラフ３０５とが一致するため、主磁界ＭＦの向きを判別できない。
【００４４】
したがって、第一磁気抵抗センサ１０の端子１７から出力される電気信号と第二磁気抵抗センサ２０の端子２７から出力される電気信号に基づく主磁界ＭＦの向きの判別では、回転角度の候補が０度（１８０度）および１３５度（３１５度）のときの主磁界ＭＦの向きを判別できない。
図８は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の感度方向の制御について説明する模式図である。図８（Ａ）は端子１５、１６間に電源電圧を印加した状態と端子１８、１７間に電源電圧を印加した状態とにおける第一磁気抵抗センサ１０の正の感度方向Ｄ１を示し、図８（Ｂ）は端子２５、２６間に電源電圧を印加した状態と端子２８、２７間に電源電圧を印加した状態とにおける第二磁気抵抗センサ２０の正の感度方向Ｄ２を示している。
【００４５】
磁気抵抗素子１１から１４には極性がないため、信号出力端子として使用している端子１７および１８を電源入力端子として使用することができ、電源入力端子としている端子１５および１６を信号出力端子として使用することができる。信号出力端子と電源入力端子とを切替えることにより、第一磁気抵抗センサ１０の正の感度方向Ｄ１を変更できる。具体的には、端子１８、１７間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０の正の感度方向Ｄ１０１は、端子１５、１６間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０の正の感度方向Ｄ１００に対して９０度回転する。そのため、端子１８、１７間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０が出力する電気信号は、端子１５、１６間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０が出力する電気信号に対して９０度の位相差を有する。同様に端子２８、２７間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ２０の正の感度方向Ｄ２０１は、端子２５、２６間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ２０の正の感度方向Ｄ２００に対して９０度回転する。正の感度方向Ｄ１００と１０１とが特許請求の範囲に記載の第一角度と第二角度に相当する。正の感度方向Ｄ２００と２０１とが特許請求の範囲に記載の第三角度と第四角度に相当する。
【００４６】
図７（Ｃ）は、補助磁界ＳＦを排除した状態で第一磁気抵抗センサ１０が端子１５から出力する電気信号１１４の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子１５から出力する電気信号１１６とのレベル差１０２を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３０６と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３０７を重ねたグラフである。レベル差１０２は、主磁界ＭＦの方向が０度（または１８０度）付近（領域Ａ３参照）で大きく異なる。そのため、回転角度の候補が０度（１８０度）付近の主磁界ＭＦの向きを正確に判別できる。
【００４７】
図７（Ｄ）は、補助磁界ＳＦを排除した状態で第二磁気抵抗センサ２０が端子２５から出力する電気信号２１４の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子２５から出力する電気信号２１６とのレベル差１０３を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３０８と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３０９を重ねたグラフである。レベル差１０３は、主磁界ＭＦの方向が１３５度（または３１５度）付近（領域Ａ４参照）で大きく異なる。そのため、回転角度の候補が１３５度（３１５度）付近の主磁界ＭＦの向きを正確に判別できる。
【００４８】
ここで、回転角度の候補に応じて採用する電気信号を決めれば、具体的には例えば図９に示す表に従って処理をすれば、レベル差１００から１０３により３６０度の範囲で主磁界ＭＦの方向を判別することができる。
図１０および１１は、回転角検出装置１の作動を説明する図である。回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角検出装置１は、回転角度の候補に応じてその回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定可能な１種類の電気信号を読み取る。以下、回転角検出装置１の作動について説明する。
【００４９】
図１０（Ａ）は、制御部３０が実行する処理を説明する図である。制御部３０は、補助磁界ＳＦを排除した状態で第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取る処理Ｔ１、回転角度の候補を選定する処理Ｔ２、主磁界ＭＦの向きを判別する処理Ｔ５に採用する電気信号を読み取るための条件を選択する処理Ｔ３、補助磁界ＳＦを発生させた状態で第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取る処理Ｔ４、主磁界ＭＦの向きを判別する処理Ｔ５、および回転角度を特定する処理Ｔ６を実行する。
【００５０】
図１０（Ｂ）は、コイル駆動部３８がコイル６に電流を供給するタイミングを説明する図である。コイル６への電流供給を開始してから補助磁界ＳＦは安定するまでに所定の時間が必要なため、主磁界ＭＦの向きを判別する処理Ｔ５に採用する電気信号を読み取るための条件を選択する処理Ｔ３の実行以前からコイル駆動部３８はコイル６に電流を供給する。
図１１は、回転角検出装置１の作動を示すフローチャートである。
【００５１】
回転角検出の開始要求を受け付けると、制御部３０は第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０に電源を供給する（ステップＳ１００）。具体的には、制御部３０は、センサ駆動部４０を制御して第一磁気抵抗センサ１０の端子１５、１６間に電源電圧を印加し、第二磁気抵抗センサ２０の端子２５、２６間に電源電圧を印加する。
【００５２】
このとき、コイル６への電流供給は停止されている。つまり補助磁界ＳＦは発生していない。
次に制御部３０は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取る（ステップＳ１０１）。具体的には、第一磁気抵抗センサ１０の端子１７と１８とから出力される電気信号１１０と１１１とを読み取り、第二磁気抵抗センサ２０の端子２７と２８とから出力される電気信号２１０と２１１とを読み取る。電気信号１１０、１１１、２１０、および２１１に相関するデータはＲＡＭ３６に格納される。
【００５３】
次に制御部３０は、電気信号１１０、１１１、２１０、および２１１に相関するデータに基づいて回転角度の候補を選定する（ステップＳ１０２）。具体的には、電気信号１１０と１１１とに相関するデータの差および電気信号２１０と２１１とに相関するデータの差に基づく逆正接演算を実行することにより、回転角度の候補を選定する。回転角度の候補はＲＡＭ１２に格納される。
【００５４】
次に制御部３０は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の端子から主磁界ＭＦの向きを判別する処理において採用する電源入力端子と信号出力端子とを回転角度の候補に基づいて選択する（ステップＳ１０３）。具体的には、回転角度の候補が、０度（１８０度）以上２５度（１０５度）より小さい範囲、２５度（１０５度）以上６５度（２４５度）より小さい範囲、６５度（２４５度）以上１１６度（１９５度）より小さい範囲、１１６度（１９５度）以上１５５度（３３５度）より小さい範囲、または１５５度（３３５度）以上１８０度（３６０度）より小さい範囲のいずれの範囲に含まれるかを判断し、その範囲に対応する電源入力端子と信号出力端子とを選択する（図９参照）。例えば回転角度の候補が９０度（２７０度）のときは、第一磁気抵抗センサ１０の端子１５と１６とを電源入力端子として選択し、端子１７を信号入力端子として選択する。
【００５５】
次に、制御部３０は補助磁界ＳＦを発生させる（ステップＳ１０４）。具体的には、制御部３０はコイル駆動部３８を制御してコイル６への電流供給を開始する。
次に、制御部３０は、第一磁気抵抗センサ１０または第二磁気抵抗センサ２０の選択された電源入力端子（例えば、第一磁気抵抗センサ１０の端子１５と端子１６）に電源電圧を印加する（ステップＳ１０５）。
【００５６】
次に、制御部３０は、補助磁界ＳＦを発生させた状態で選択された信号出力端子（例えば、第一磁気抵抗センサ１０の端子１７）から出力される電気信号１１８を読み取る（ステップＳ１０６）。電気信号１１８に相関するデータはＲＡＭ３６に格納される。
次に、制御部３０は補助磁界ＳＦを排除する（ステップＳ１０７）。具体的には、制御部３０はコイル駆動部３８を制御してコイル６への電流供給を停止する。
【００５７】
次に、制御部３０は主磁界ＭＦの向きを判別する（ステップＳ１０８）。具体的には、制御部３０は、補助磁界を発生させた状態で読み取った電気信号１１８に相関するデータと、補助磁界を排除した状態で選択された信号出力端子から読み取った電気信号に相関するデータと、の差を算出し、その値に基づいて主磁界ＭＦの方向を判別する（図９参照）。
【００５８】
次に、制御部３０は、選定した回転角度の候補と判別した主磁界ＭＦの向きとに基づいて測定対象の回転角度を特定する（ステップＳ１０９）。
制御部３０は、回転角度検出の終了要求を受け付けるまでステップＳ１００からステップＳ１０９までの処理を繰り返し実行する（ステップＳ１１０）。
【００５９】
以上説明した回転角度検出装置の第一実施例によれば、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０は、補助磁界ＳＦを排除した主磁界ＭＦだけの状態で４５度の位相差を有する電気信号を出力する。この電気信号に基づいて逆正接演算を行うことにより、回転角度の候補を選定できる。
また、補助磁界ＳＦを排除した状態で出力される第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の電気信号の補助磁界ＳＦを発生させた状態で出力される電気信号とのレベル差は、主磁界ＭＦの向きに応じて変化する。そのため、回転角度の候補が０度（９０度）および１３５度（または３１５度）のときを除いて、主磁界ＭＦの向きを判別できる。
さらに、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の感度方向を変更し、９０度の位相差を有する電気信号を出力させることにより、回転角度の候補が０度（９０度）および１３５度（３１５度）のときも主磁界ＭＦの向きの判別が可能となり、３６０度の範囲で主磁界ＭＦの向きを判別できる。そのため、選定した回転角度の候補と特定した主磁界ＭＦの向きとから３６０度の全範囲で測定対象の回転角度を特定できる。
【００６０】
（回転角度検出装置の第二実施形態）
回転角度検出装置の第二実施形態による回転角検出装置１は、補助磁界ＳＦを排除した状態で読み取った電気信号を用いず、補助磁界ＳＦを発生させた状態で読み取った電気信号のみに基づいて主磁界ＭＦの向きを判別する。以下に説明する複数の実施形態では第一実施形態と実質的に同一な部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
電気信号を読み取るための条件を選択する処理Ｔ３において回転角度の候補に応じて２つの端子を信号出力端子として選択し、選択された２つの端子から出力される電気信号を読み取る。主磁界ＭＦの向きを判別する処理において、選択された磁気抵抗センサが出力する２つの電気信号の信号レベルの和４００を算出して、その値に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別する。
【００６２】
補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子１７から出力される電気信号１１２（Ｖ１７’）と端子１８から出力される電気信号１１３（Ｖ１８’）は、それぞれ次式（５）と（６）で表される。ここで、ΔＶは補助磁界ＳＦの発生による電気信号の変化分（レベル差１００に相当）である。補助磁界ＳＦの方向は第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０に対して放射状に向いているため、対向する位置関係にある磁気抵抗素子（例えば、磁気抵抗素子１１に対して磁気抵抗素子１４、磁気抵抗素子１２に対して磁気抵抗素子１３）における補助磁界ＳＦの位相差が１８０度となり、端子１７と１８の変化分は１８０度の位相差を有する。
【００６３】
Ｖ１７’＝Ｖｄｄ・｛１＋（１＋ｓｉｎ２θ）・α／２｝／（２＋α）
＋ΔＶ（θ）                                          ・・・（５）
Ｖ１８’＝Ｖｄｄ・｛１＋（１−ｓｉｎ２θ）・α／２｝／（２＋α）
−ΔＶ（θ＋１８０°）                                ・・・（６）
【００６４】
選択された磁気抵抗センサが出力する２つの電気信号の信号レベルの和４００は、次式（７）で表される。
Ｖ１７’+Ｖ１８’＝ΔＶ（θ）−ΔＶ（θ＋１８０°）＋Ｖｄｄ    ・・・（７）
【００６５】
これは、図７（Ａ）において、グラフ３０２（ΔＶ（θ）に相当）とグラフ３０３（ΔＶ（θ＋１８０°）に相当）の差を直接求めていることにあたり、主磁界ＭＦの向きに応じて異なる値を示すことが分かる。
尚、選択された磁気抵抗センサが出力する２つの電気信号の信号レベルの和４００から電源電圧を差し引いてもよい。次式（８）に示すように主磁界ＭＦの向きによって逆符号の値になる。
Ｖ１７’+Ｖ１８’−Ｖｄｄ＝ΔＶ（θ）−ΔＶ（θ＋１８０°）        ・・・（８）
【００６６】
以上説明した回転角度検出装置の第二実施例によれば、補助磁界ＳＦを排除した状態で読み取った電気信号を用いないため、主磁界ＭＦの向きを判別する処理Ｔ５における制御を簡素化できる。
【００６７】
（回転角検出装置の第三実施形態）
回転角検出装置の第三実施形態による回転角検出装置１は、回転角度の候補を選択する処理Ｔ２の処理中に補助磁界ＳＦを発生させ、主磁界ＭＦの向きが判別可能な複数種類の電気信号を読み取る。
図１２は、回転角検出装置１の作動を説明する図である。コイル駆動部３８は回転角度の候補を選定する処理Ｔ２の処理中にコイル６に電流を供給する。制御部３０は、コイル６への電流供給が開始されても回転角度の候補を選定する処理Ｔ２の処理を継続する。コイル６に流れる電流によって発生する補助磁界ＳＦが安定すると、制御部３０は回転角度の候補を選定する処理Ｔ２の処理を中断し、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取る処理Ｔ４を実行する。
【００６８】
図１３は、回転角検出装置１の作動を示すフローチャートである。
制御部３０は、補助磁界を排除した状態で第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号１１０、１１１、２１０、および２１１の読み取り（ステップＳ２０１）後、コイル６に電流を供給して補助磁界ＳＦを発生させる（ステップＳ２０２）。
【００６９】
次に、制御部３０は、第一磁気抵抗センサ１０の端子１５、１６間に電源電圧を印加して端子１７から出力される電気信号１１２を読み取り、第一磁気抵抗センサ１０の端子１８、１７間に電源電圧を印加して端子１５から出力される電気信号１１６を読み取り、第二磁気抵抗センサ２０の端子２５、２６間に電源電圧を印加して端子２７から出力される電気信号２１２を読み取り、第二磁気抵抗センサ２０の端子２８、２７間に電源電圧を印加して端子２５から出力される電気信号２１６を読み取る（ステップＳ２０３）。
【００７０】
次に、制御部３０はコイル６への電流供給を停止して補助磁界を排除する（ステップＳ２０４）。
次に、制御部３０は、回転角度の候補を選定する（ステップＳ２０５）。
次に、電気信号１１２、１１６、２１２、および２１６に相関するデータと補助磁界を排除した状態で同じ端子から読み取った電気信号１１０、１１４、２１０、および２１４に相関するデータとの差をそれぞれに算出し、それらの値に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別する。具体的には、所定のしきい値（例えば、図７のＴＨ１）以上または所定のしきい値（例えば、図７のＴＨ２）以下のレベル差を有する電気信号を選択し、選択された電気信号を出力した信号出力端子に応じた評価基準（例えば、図１４に示す評価基準）でそのレベル差を評価することにより、主磁界ＭＦの向きを特定することができる。例えば、端子１７（電気信号１１２と電気信号１１０）が選択されたとき、レベル差１００が０より大きければ主磁界ＭＦの向きは０度以上１８０より小さい範囲であり、レベル差１００が０より小さければ主磁界ＭＦの向きは１８０度以上３６０度より小さい範囲である。
【００７１】
以上説明した回転角度検出装置の第三実施例によれば、回転角度の候補を選択する処理Ｔ２の処理中に補助磁界ＳＦを発生させ、補助磁界ＳＦが主磁界ＭＦと合成磁界ＣＦを形成しているときの第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取るため、補助磁界ＳＦの発生開始から補助磁界ＳＦが安定するまでの期間は、回転角度の候補を選定する処理Ｔ２を実行できる。また、回転角度の候補が選択された後に補助磁界を発生させて第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０が出力する電気信号を読み取る必要がない。したがって、回転角度の測定時間を短縮できる。
【００７２】
（回転角検出装置の第四実施形態）
回転角検出装置の第四実施形態による回転角検出装置１は、回転角検出装置の第一実施形態で説明した主磁界ＭＦの向きの判別方法と、回転角検出装置の第三実施形態で説明した主磁界ＭＦの向きを判別する方法との２つの方法で主磁界ＭＦの向きを判別し、その結果が一致しないと異常状態として認識する。
【００７３】
２つの方法で判別した主磁界ＭＦの向きが一致しないときは、回転角度検出装置１に異常が発生している可能性がある。以上説明した回転角度検出装置の第四実施例によれば、２つの方法で判別した主磁界ＭＦの向きが一致しない状態を異常状態として認識できるため、１８０度の範囲の回転角度であることを警告する信号を出力して１８０度の範囲の回転角度を出力するなどの処理を実行できる。
【００７４】
（回転角検出装置の第五実施形態）
回転角検出装置の第五実施形態による回転角検出装置１は磁気抵抗素子１４および磁気抵抗素子２４が、図１５に示すように同心円上に配置されていない。
図１６（Ａ）は、端子１５、１６間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０が補助磁界ＳＦを排除した状態で端子１８から出力する電気信号１１１の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子１８から出力する電気信号１１３とのレベル差１０４を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３５０と、１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３５１とを重ねたグラフである。
【００７５】
レベル差１０４がレベル差１００（図７（Ａ）参照）と異なる変化をするのは、磁気抵抗素子１３および１４からなるハーフブリッジ回路１５１に作用する補助磁界ＳＦの方向が、磁気抵抗素子１１および１２からなるハーフブリッジ回路１５０に作用するような放射状でないためである。主磁界ＭＦの方向が０度（または１８０度）付近（領域Ａ５参照）のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１０４と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１０４とが大きく異なるため、回転角度の候補が０度（１８０度）付近の主磁界ＭＦの向きを判別することができる。
【００７６】
図１６（Ｂ）は、端子２５、２６間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ２０が補助磁界ＳＦを排除した状態で端子２８から出力する電気信号２１１の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子２８から出力する電気信号２１３とのレベル差１０５を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３５２と、１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３５３とを重ねたグラフである。
【００７７】
レベル差１０５がレベル差１０１（図７（Ｂ）参照）と異なる変化をするのは、磁気抵抗素子２３および２４からなるハーフブリッジ回路１５３に作用する補助磁界ＳＦの方向が、磁気抵抗素子２１および２２からなるハーフブリッジ回路１５２に作用するような放射状でないためである。主磁界ＭＦの方向が１３５度（または３１５度）付近（領域Ａ６参照）のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１０５と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１０５とが大きく異なるため、回転角度の候補が１３５度（３１５度）付近の主磁界ＭＦの向きを判別することができる。
【００７８】
レベル差１００（図７（Ａ）参照）とレベル差１０１（図７（Ｂ）参照）とレベル差１０４とレベル差１０５とに基づいて主磁界ＭＦの向きを判別すれば、３６０度の全範囲で主磁界ＭＦの向きを判別できる。ハーフブリッジ回路１５０から１５３が特許請求の範囲に記載の第一ブリッジ回路から第四ブリッジ回路に相当する。
【００７９】
（回転角度検出装置の第六実施形態）
回転角検出装置の第六実施形態による回転角検出装置１は、磁気抵抗素子１４および２４に作用する補助磁界ＳＦを形成するコイル６の部分の形状と磁気抵抗素子１４および２４を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界ＳＦを形成するコイル６の形状とを異なる形状とが異なる。
図１７はコイル６の形状と第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０との関係を表す模式図である。磁気抵抗素子１４および２４に作用する補助磁界ＳＦを形成するコイル６の部分は、磁気抵抗素子１４および２４を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界ＳＦを形成するコイル６の部分と第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０を挟んで反対側に形成されている。そのため、磁気抵抗素子１４および２４における補助磁界ＳＦの方向は、磁気抵抗素子１４および２４を除く磁気抵抗素子における補助磁界ＳＦの方向と逆向きになる。したがって、磁気抵抗素子１１および１２から構成されるハーフブリッジ回路１５０の信号出力端子である端子１７と磁気抵抗素子１３および１４から構成されるハーフブリッジ回路１５１の信号出力端子である端子１８とから出力される電気信号の信号レベルは異なる。
【００８０】
図１８（Ａ）は、端子１５、１６間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ１０が補助磁界ＳＦを排除した状態で端子１８から出力する電気信号１１１の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子１８から出力する電気信号１１３とのレベル差１０６を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３５４と、１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３５５とを重ねたグラフである。
【００８１】
主磁界ＭＦの方向が０度（または１８０度）付近のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１０６と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１０６とが大きく異なるため、回転角度の候補が０度（１８０度）付近の主磁界ＭＦの向きを判別することができる。
図１８（Ｂ）は、端子２５、２６間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ２０が補助磁界ＳＦを排除した状態で端子２８から出力する電気信号２１１の補助磁界ＳＦを発生させた状態で端子２８から出力する電気信号２１３とのレベル差１０７を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ３５６と、１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ３５７とを重ねたグラフである。
【００８２】
主磁界ＭＦの方向が１３５度（または３１５度）付近のとき、主磁界ＭＦの方向が０度以上１８０度より小さい範囲のときのレベル差１０７と１８０度以上３６０度より小さい範囲のときのレベル差１０７とが大きく異なるため、回転角度の候補が１３５度（３１５度）付近の主磁界ＭＦの向きを判別することができる。
レベル差１００（図７（Ａ）参照）とレベル差１０１（図７（Ｂ）参照）とレベル差１０６とレベル差１０７とに基づいて主磁界ＭＦの向きを判別すれば、３６０度の全範囲で主磁界ＭＦの向きを判別できる。
以上説明した回転角度検出装置の第五実施例及び第六実施例によれば、補助磁界ＳＦを発生させた状態でハーフブリッジ回路１５０から１５３が主磁界ＭＦの向きに応じてそれぞれ異なる変化をするため、回転角度検出装置の第一実施形態のように第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の感度方向を変更しなくても、３６０度の全範囲で主磁界ＭＦの向きを判別できる。つまり、主磁界ＭＦの向きを判別する処理Ｔ５を簡素化できる。
【００８３】
（回転角検出装置の第七実施形態）
回転角検出装置の第七実施形態による回転角検出装置１は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の中心から外側に向かう方向と、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の外側から中心に向かう方向とに補助磁界ＳＦを制御する。この補助磁界ＳＦの２つの方向が特許請求の範囲に記載の第一方向と第二方向に相当する。
【００８４】
図１９は、測定対象の回転軸４の軸線５から第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の外側に向かう方向と、測定対象の回転軸４の軸線５から第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の外側に向かう方向とに補助磁界ＳＦを制御したときに形成される合成磁界ＣＦの方向を説明する図である。補助磁界ＳＦ１は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の中心から外側に向かう補助磁界ＳＦを表す。補助磁界ＳＦ２は、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の外側から中心に向かう補助磁界ＳＦを表す。合成磁界ＣＦ１は、補助磁界ＳＦ１と合成磁界ＣＦとの合成磁界である。合成磁界ＣＦ２は、補助磁界ＳＦ２と合成磁界ＣＦとの合成磁界である。位相差Δφ１１は、合成磁界ＣＦ１の方向の合成磁界ＣＦ２の方向に対する位相差である。
【００８５】
位相差Δφ１１は位相差Δφ１と比較して大きい。位相差Δφ１１と同様に、位相差Δφ２、Δφ３、およびΔφ４よりも大きな位相差を有する合成磁界ＣＦが磁気抵抗素子１２から１４および磁気抵抗素子２１から２４においても形成される。そのため、補助磁界ＳＦ１を発生させた状態で第一磁気抵抗センサ１０の端子１７から出力される電気信号の補助磁界ＳＦ２を発生させた状態で端子１７から出力される電気信号とのレベル差は、補助磁界を排除した状態で端子１７から出力される電気信号の補助磁界ＳＦ１を発生させた状態で第一磁気抵抗センサ１０の端子１７から出力される電気信号とのレベル差よりも大きい。また、補助磁界ＳＦ１を発生させた状態で第二磁気抵抗センサ２０の端子２７から出力される電気信号と補助磁界ＳＦ２を発生させた状態で端子２７から出力される電気信号とのレベル差は、補助磁界ＳＦを排除した状態で端子２７から出力される電気信号の補助磁界ＳＦ１を発生させた状態で第二磁気抵抗センサ２０の端子２７から出力される電気信号とのレベル差よりも大きい。したがって、正確に主磁界ＭＦの向きを判別することができる。
【００８６】
（回転角検出装置の第八実施形態）
回転角検出装置の第八実施形態による回転角検出装置１は、補助磁界ＳＦを発生させても出力される電気信号に変化が少ないとき、その状態を回転角検出装置１の異常状態として認識する。
制御部３０は、補助磁界を発生させた状態で読み取った電気信号に相関するデータと補助磁界を排除した状態において読み取った電気信号に相関するデータとの差の絶対値を評価する。この差の絶対値が所定のしきい値以上のときはその差に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別する。所定のしきい値より小さいときはその状態を異常状態として認識して回転角検出装置１の異常状態を警告する信号を出力する。
【００８７】
（回転角検出装置の第九実施形態）
回転角検出装置の第九実施形態による回転角検出装置１は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置１の異常状態として認識する。
制御部３０は、今回特定した回転角度と、ＲＡＭ３６に記憶した前回特定した回転角度とを比較する。今回特定した回転角度の前回特定した回転角度に対する位相差が所定のしきい値以下のときは、特定した回転角度をそのまま出力する。位相差が所定のしきい値より大きいときは、その状態を異常状態として認識して回転角検出装置１の異常状態を警告する信号を出力する。
【００８８】
回転角検出装置の第八実施形態および第九実施形態によれば、制御部３０は異常状態を認識して、警告信号を発生させる等の処理を実行することができる。
【００８９】
（製造方法の実施形態）
製造方法の実施形態による回転角検出装置１の製造方法は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置１の異常状態として認識する。
図２０は、製造方法の実施形態による回転角検出装置１の製造方法を説明する図である。
【００９０】
まず、第一層５００に平滑面を形成する（図２０（Ａ）および（Ｂ）参照）。平滑面の形成方法は研磨等である。
次に、第一層５００の平滑面に磁気抵抗素子５０２などを形成する（図２０（Ｃ）参照）。
次に、磁気抵抗素子５０２を覆うように絶縁材料を成型して、第一層５００上に絶縁層５０４を磁気抵抗素子５０２の直上を通過するように形成する（図２０（Ｄ）参照）。
【００９１】
次に、絶縁層５０４上にコイル６を形成する（図２０（Ｅ）参照）。コイル６を形成する方法は、めっき、スパッタ等である。
以上説明した製造方法の実施形態によれば、磁気抵抗素子５０２は第一層５００平滑面に形成されるので、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０の感度方向は同一平面上に揃う。そのため、第一磁気抵抗センサ１０および第二磁気抵抗センサ２０は、補助磁界ＳＦと主磁界ＭＦとにより形成される合成磁界ＣＦまたは主磁界ＭＦに応じて適正な電気信号を出力する。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
【００９２】
また、コイル６を磁気抵抗素子５０２の直上に形成するため、磁気抵抗素子５０２に強い補助磁界ＳＦを影響させることができる。そのため、補助磁界ＳＦと主磁界ＭＦとにより形成される合成磁界ＣＦの方向の主磁界ＭＦの方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界ＭＦの向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイル６の巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
【００９３】
（他の実施形態）
上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、永久磁石２を測定対象の回転軸４に配置したが、第一磁気抵抗センサ１０、第二磁気抵抗センサ２０、およびコイル６を回転軸４に配置してもよい。また、測定対象の回転軸４に主磁界発生手段として永久磁石２を配置したが、主磁界発生手段として電磁石を回転軸４に設置してもよい。
【００９４】
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、第一磁気抵抗センサ１０と第二磁気抵抗センサ２０とは、互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力するように配置したが、同一の波形にならなければ、他の位相差でもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、例えば図９に示すような角度範囲に分け、主磁界ＭＦの向きを判別する処理において採用する電気信号を読み取るための条件と、評価基準とをそれぞれの範囲に設定したが、主磁界ＭＦの向きが判別できれば図９に示す範囲に限定されない。
【００９５】
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、主磁界ＭＦの向きを１回だけ判別することとして説明したが、主磁界ＭＦの向きを複数回判定してもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル６は渦巻状として説明したが、図２２に示すように環状に巻かれていてもよい。
また、第五実施形態を除き上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル６は八角形の渦巻状として説明したが、八角形に限定されない。
【００９６】
また、第五実施形態を除き上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、同心円上に配置された各磁気抵抗素子の配置位置における径方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度が９０度になるように配置するとして説明したが、９０度以外の角度であってもよい。
また、第六実施形態を除く上記複数の回転角度検出装置の実施形態に係るコイル６は、測定対象の回転軸４の軸線５を同心とする渦巻状であることが望ましいが、許容される測定誤差に応じた精度で設計してもよい。
【００９７】
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態に係る第一磁気抵抗センサ１０の磁気抵抗素子１１から１４および第二磁気抵抗センサ２０の磁気抵抗素子２１から２４とは、それぞれ測定対象の回転軸４の軸線５を中心とする円上に配置されるのが望ましいが、許容される測定誤差に応じた精度で設計してもよい。
【００９８】
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル６に供給する電流を方形波状に変化させるとして説明したが、緩やかに変化させることが望ましい。誘導ノイズの発生を抑制できる。
【００９９】
また、製造方法の実施形態では、コイル６を第一層５００の下層に形成してもよい。具体的には、図２１に示すように第二層５０６上にコイル６を形成し（図２１（Ａ）および（Ｂ）参照）、コイル６を覆うように絶縁材料を成型して（図２１（Ｃ）参照）、第二層５０６上に第一層５００を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角度検出装置を表す模式図である。
【図２】回転角検出装置の第一実施形態に係る磁気抵抗センサの説明図である。（Ａ）は第一磁気抵抗センサを表す模式図である。（Ｂ）は第二磁気抵抗センサを表す模式図である。（Ｃ）は第一磁気抵抗センサと第二磁気抵抗センサとの配置を表す模式図である。
【図３】（Ａ）は回転角検出装置の第一実施形態に係る主磁界の方向と磁気抵抗センサが補助磁界を排除した状態で出力する電気信号との関係を示すグラフである。（Ｂ）は（Ａ）に示す電気信号に基づく逆正接演算の結果を示すグラフである。
【図４】（Ａ）は回転角検出装置の第一実施形態に係るコイルの形状と補助磁界の関係を表す模式図である。（Ｂ）は磁気抵抗センサを表す模式図である。（Ｃ）はコイルと磁気抵抗センサとの配置を表す模式図である。
【図５】回転角検出装置の第一実施形態に係る主磁界と補助磁界と合成磁界と磁気抵抗素子の感度方向との関係を表す模式図である。
【図６】（Ａ）は回転角検出装置の第一実施形態に係る主磁界の方向と合成磁界の方向の主磁界に対する位相差との関係を表す模式図である。（Ｂ）は主磁界の方向と補助磁界を排除した状態で第一磁気抵抗センサが出力する電気信号との関係を表す模式図である。
【図７】回転角検出装置の第一実施形態に係る主磁界の方向と、補助磁界を排除した状態と補助磁界を発生させた状態とで磁気抵抗センサから出力される電気信号のレベル差との関係を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は回転角検出装置の第一実施形態に係る第一磁気抵抗センサの電源電圧入力端子と感度方向との関係を表す模式図である。（Ｂ）は第二磁気抵抗センサの電源電圧入力端子と感度方向との関係を表す模式図である。
【図９】回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角度の候補と主磁界の方向を判別する処理において採用する電気信号を読み取るための条件と主磁界の方向を判別する処理における評価基準と主磁界の向きとの関係を示す図である。
【図１０】回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角度検出装置の作動の説明図である。
【図１１】回転角検出装置の第一実施形態に係るフローチャートである。
【図１２】本発明の三実施形態に係る回転角度検出装置の作動の説明図である。
【図１３】回転角検出装置の第四実施形態に係るフローチャートである。
【図１４】回転角検出装置の第四実施形態に係る評価基準を示す図である。
【図１５】回転角検出装置の第五実施形態に係る磁気抵抗センサを表す模式図である。
【図１６】回転角検出装置の第五実施形態に係る主磁界の方向と、補助磁界を排除した状態と補助磁界を発生させた状態とで磁気抵抗センサから出力される電気信号のレベル差との関係を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）は回転角度検出装置の第六実施形態に係るコイルの形状と補助磁界の関係を表す模式図である。（Ｂ）は磁気抵抗センサを表す模式図である。（Ｃ）はコイルと磁気抵抗センサとの配置を表す模式図である。
【図１８】回転角度検出装置の第六実施形態に係る主磁界の方向と、補助磁界を排除した状態と補助磁界を発生させた状態とで磁気抵抗センサから出力される電気信号のレベル差との関係を示すグラフである。
【図１９】回転角検出装置の第七実施形態に係る主磁界と補助磁界と合成磁界と磁気抵抗素子の感度方向との関係を表す模式図である。
【図２０】製造方法の実施形態に係る模式図である。
【図２１】製造方法の実施形態に係る模式図である。
【図２２】回転角度検出装置の複数の実施形態に係るコイルの形状を表す模式図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  回転角検出装置、２  永久磁石（主磁界発生手段）、６  コイル（補助磁界発生手段）、１０  第一磁気抵抗センサ、１１、１２、１３、１４、２１、２２、２３、２４  磁気抵抗素子、２０  第二磁気抵抗センサ、３０  制御部（制御手段）、３８  コイル駆動部（制御手段）、４０  センサ駆動部（制御手段）、１５０、１５１、１５２、１５３  ハーフブリッジ回路、５００  第一層、５０２  磁気抵抗素子、５０４  絶縁層、５０６  第二層、ＣＦ、ＣＦ１、ＣＦ２  合成磁界、Ｄ１  正の感度方向（第一磁気抵抗センサの感度方向）、Ｄ２  正の感度方向（第二磁気抵抗センサの感度方向）、Ｄ１１  感度方向（磁気抵抗素子の感度方向）、Ｄ１００  正の感度方向（第一角度）、Ｄ１０１  正の感度方向（第二角度）、Ｄ２００  正の感度方向（第三角度）、Ｄ２０１  正の感度方向（第四角度）、ＭＦ  主磁界、ＳＦ、ＳＦ１、ＳＦ２  補助磁界
【図１】
2005300216.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005300216.tif 000019
【図１８】
2005300216.tif 000020
【図１９】
2005300216.tif 000021
【図２０】
2005300216.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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